電磁兼容之屏蔽

電磁兼容之屏蔽技術(shù)控制工程專業(yè)

主講內(nèi)容1、屏蔽理論及屏蔽效能2、屏蔽的分類3、屏蔽材料的特性4、電磁密封處理5、屏蔽設(shè)計1、屏蔽理論及屏蔽效能1.1

屏蔽理論（1）屏蔽的含義

屏蔽是用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧蠈⑿枰雷o區(qū)域封閉起來，以抑制和控制電場、磁場和電磁波由一個區(qū)域?qū)α硪粋€區(qū)域的感應(yīng)和輻射。（2）屏蔽的目的①

限制內(nèi)部能量泄漏出內(nèi)部區(qū)域（主動屏蔽）②防止外來的干擾能量進入某一區(qū)域（被動屏蔽）（3）屏蔽的原理①二次場理論（一次場作用下，產(chǎn)生極化、磁化形成二次場);②反射衰減理論1.2屏蔽效能

屏蔽效能是指不存在屏蔽體時某處的電場強度E0與存在屏蔽體時同一處的電場強度E1之比，常用分貝(dB)表示，稱為電場屏蔽效能，即或者不存在屏蔽體時某處的磁場強度H0與存在屏蔽體時同一處的磁場強度H1之比，稱為磁場屏蔽效能，即定義：電屏蔽效能或或磁屏蔽效能E0、H0——未加屏蔽時空間中某點的電（磁）場；E1、H1——加屏蔽后空間中該點的電（磁）場；衰減量與屏蔽效能的關(guān)系例：40dB,衰減比＝1/100屏蔽效能的要求綜合屏蔽效能(0.5mm鋁板)低頻：趨膚深度大，吸收損耗小，屏蔽決于反射損耗。電場>電磁波>磁場。高頻：電場的反射損耗降低，磁場的反射損耗增加；頻率升高，吸收損耗增加，頻率高到一定程度時，屏蔽主要由吸收損耗決定。屏蔽的難度按電場波、平面波、磁場波的順序依次增加。特別是頻率較低的磁場，很難屏蔽。150250平面波000.1k1k10k100k1M10M電場D=0.5m磁場D=0.5m屏蔽效能（dB）頻率高頻時電磁波種類的影響很小2、屏蔽的分類電磁屏蔽的類型電磁屏蔽電場屏蔽靜電屏蔽交變電場屏蔽磁場屏蔽低頻磁場屏蔽高頻磁場屏蔽電磁場屏蔽

2.1靜電場屏蔽

靜電平衡:①導(dǎo)體內(nèi)部任何一點的電場為零；②導(dǎo)體表面任何一點電場強度矢量的方向與該點的導(dǎo)體表面垂直；③整個導(dǎo)體是一個等位體；④導(dǎo)體內(nèi)部沒有靜電荷存在，電荷只能分布在導(dǎo)體的表面上。靜電屏蔽必須具有兩個基本要點：完整的屏蔽導(dǎo)體和良好的接地?？涨?/p>

2.2交變電場的屏蔽

因為低頻交變電場的騷擾源與接受器之間的電場感應(yīng)耦合可以用它們之間的耦合電容進行描述，低頻交變電場的屏蔽可采用電路理論加以解釋。直觀、方便。干擾電壓（場）與耦合電容成正比。減少耦合電容是屏蔽低頻交變電場的關(guān)鍵。增多騷擾源與接受器之間距離，或利用金屬板接地抑制干擾。利用金屑板接地抑制干擾接地金屬屏蔽體接地金屑板切斷干擾途徑。如不接地則可能產(chǎn)生更嚴(yán)重的干擾。無論是靜電場或交變電場，屏蔽的必要條件是金屬體接地。

2.3低頻磁場屏蔽

低頻：100kHz以下屏蔽原理：利用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料(例如鐵、硅鋼片，其磁導(dǎo)率約為）對騷擾磁場進行分路，把磁力線集中在其內(nèi)部通過，限制在空氣中大量發(fā)散。

H1R0Rm

磁路方程H0H2H0R0H2RmH1磁力線集中在其內(nèi)部(Rm)通過

結(jié)論：

磁導(dǎo)率越高、截面積越大，則磁路的磁阻越小，集中在磁路中的磁通就越大，在空氣中的漏磁通就大大減少。用鐵磁材料作的屏蔽罩，在垂直磁力線方向不應(yīng)開口或有縫隙。因為若縫隙垂直于磁力線，則會切斷磁力線，使磁阻增大，屏蔽效果變差。

2.4高頻磁場屏蔽

法拉第電磁感應(yīng)定律，楞次定律，高頻磁場的屏蔽采用的是低電阻率的良導(dǎo)體（銅、鋁）屏蔽原理:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽體表面所產(chǎn)生的渦流的反磁場來達到屏蔽的目的，即利用了渦流反向磁場對于原騷擾磁場的排斥作用，抑制或抵消屏蔽體外的磁場。另一種解釋，趨膚效應(yīng)－熱損耗H＝0渦流產(chǎn)生的反向磁場增強了金屬板側(cè)面的磁場使磁力線在金屬板側(cè)面繞行而過。屏蔽是利用感應(yīng)渦流的反磁場排斥原騷擾磁場而達到屏蔽的目的，渦電流的大小直接影響屏蔽效果。屏蔽體電阻越小產(chǎn)生的感應(yīng)渦流越大而且屏蔽體自身的損耗也越小。

所以高頻磁屏蔽材料需用良導(dǎo)體。注：因為高頻時鐵磁材料的磁性損耗(包括磁滯損耗和渦流損耗)很大，導(dǎo)磁率明顯下降。

鐵磁材料的屏蔽不適用于高頻磁場屏蔽。屏蔽盒上縫的方向必須順著渦流方向并且要盡可能地縮小縫的寬度。如果開縫切斷了渦流的通路則將大大影響金屬盒的屏蔽效果。

2.5

電磁屏蔽

時變電磁場中，電場和磁場總是同時存在的，通常所說的屏蔽，多指電磁屏蔽。電磁屏蔽是指同時抑制或削弱電場和磁場。電磁屏蔽一般也是指高頻交變電磁屏蔽(10kHz-40GHz)。在頻率較低（近場區(qū)，近場隨著騷擾源的性質(zhì)不同，電場和磁場的大小有很大差別。高電壓小電流騷擾源以電場為主（電準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場－忽略了感應(yīng)電壓），磁場騷擾較?。ㄓ袝r可忽略）。低電壓高電流騷擾源以磁場騷擾為主（磁準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)場－忽略了位移電流），電場騷擾較小。隨著頻率增高，電磁輻射能力增加，產(chǎn)生輻射電磁場，并趨向于遠場騷擾。遠場騷擾中的電場騷擾和磁場騷擾都不可忽略，因此需要將電場和磁場同時屏蔽，即電磁屏蔽。

3、磁屏蔽材料的特性

3.1導(dǎo)磁材料根據(jù)磁屏蔽理論，磁屏蔽是利用由高導(dǎo)磁材料制成的磁屏蔽體，提供低磁阻的磁通路得大部分磁通在磁屏蔽體上的分流，來達到屏蔽的目的。因而磁導(dǎo)率成為選擇磁屏蔽材料的主要依據(jù)。磁性材料通常分為弱磁性材料和強磁性材料兩種。弱磁性材料：順磁性物質(zhì)（如鋁等金屬）。強磁性材料：鐵磁性物質(zhì)（如鐵、鎳等金屬）。3.2導(dǎo)磁材料的特點弱磁性材料的特點是：相對磁導(dǎo)率μr，B與H是線性關(guān)系，μr在任意頻率的環(huán)境中，始終保持常數(shù)。強磁性材料的特點是：B與H是非線性關(guān)系，頻率增高，磁導(dǎo)率降低。因而在進行磁屏蔽設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際情況選定μr，否則就會產(chǎn)生過大的誤差，使屏蔽的定量設(shè)計失去了應(yīng)有的作用。強磁性材料的磁化曲線及μr隨頻率的變化而變化。磁屏蔽材料的頻率特性磁屏蔽材料手冊上給出的導(dǎo)磁率數(shù)據(jù)大多是直流情況下的，隨著頻率增加，導(dǎo)磁率會下降,當(dāng)頻率大于10kHz時，導(dǎo)磁率更低。151015坡莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼0.010.11.010100kHzr1033.3導(dǎo)電膠與導(dǎo)磁膠。2導(dǎo)電膠、導(dǎo)磁膠是電子工業(yè)專用膠粘劑。由于目前用作膠粘劑的主體材料都是電磁的非導(dǎo)體，故所有的導(dǎo)電膠、導(dǎo)磁膠都是在普通膠粘劑中添加導(dǎo)電、導(dǎo)磁填料配制而成的。①導(dǎo)電膠導(dǎo)電膠是由樹脂、固化劑和導(dǎo)電填料配制而成的。常用的樹脂是環(huán)氧樹脂、聚氨脂、酚醛樹脂、丙烯樹脂等。導(dǎo)電填料主要有銀粉、銅粉、鍍銀粒子、乙炔炭黑、石墨、碳纖維等，導(dǎo)電填料用的最多的是電阻率低、抗氧化好的銀粉。這種銀粉一般是由化學(xué)置換或電解沉淀法制成的超細銀粉。為達到良好的導(dǎo)電性，一般銀粉添加量為樹脂的2.5倍左右，乙炔炭黑或石墨粉等用量為樹脂的0.5倍到1倍左右。②導(dǎo)磁膠導(dǎo)磁劑是由樹脂、固化劑和導(dǎo)磁鐵粉等組成。導(dǎo)磁膠主要用于各種變壓器鐵芯和磁芯的膠接。

4、電磁密封處理4.1使用電磁密封襯墊的主要優(yōu)點:

①降低對機械加工的要求，允許接觸面有較低的平整度②減少結(jié)合處的緊固螺釘，增加設(shè)備美觀性和可維護性③在縫隙處不會產(chǎn)生高頻泄漏

4.2

使用電磁密封襯墊的場合

①要求機箱的屏蔽效能大于40dB②機箱結(jié)合面的縫隙長度超過λ/20③設(shè)備的發(fā)射或敏感頻率超過100MHz④無法采用機械加工來得到更好的導(dǎo)電連續(xù)性⑤結(jié)合面采用了不同材料，而且設(shè)備要在惡劣環(huán)境下工作⑥需要對環(huán)境采取密封措施

4.3

使用電磁密封襯墊的關(guān)鍵

①選用導(dǎo)電性能好的襯墊材料②保持接觸面清潔，且沒有非導(dǎo)電保護層③對襯墊施加足夠的壓力④襯墊有足夠的厚度⑤注意襯墊與屏蔽體接觸表面間的電化學(xué)腐蝕⑥當(dāng)需要活動接觸時，應(yīng)使用指形簧片

4.4

電磁密封襯墊的主要性能指標(biāo)

①屏蔽效能(關(guān)系到總體屏蔽效能)②回彈力（關(guān)系到蓋板的剛度和螺釘間距）③最小密封壓力（關(guān)系到最小壓縮量）④最大形變量（關(guān)系到最大壓縮量）⑤壓縮永久形變（關(guān)系到允許蓋板開關(guān)次數(shù)）⑥電化學(xué)相容性（關(guān)系到屏蔽效能的穩(wěn)定性）

4.5電磁密封襯墊的種類

①金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)②導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)③指形簧片(不同表面涂覆層的)④螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)⑤導(dǎo)電布

4.6不同襯墊材料的特點比較

5、屏蔽設(shè)計5.1確定屏蔽效能可根據(jù)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求來確定5.2材料的選擇根據(jù)電磁特性：近場電屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，接地；近場低頻磁場屏蔽——高導(dǎo)磁率材料，不接地；近場高頻磁場屏蔽——高導(dǎo)電率金屬，可不接地；遠